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Tout le spectre solaire avec une seule LED

Tout le spectre solaire avec une seule LED

Technologies |
Par Andre Rousselot



La lumière du soleil a apporté une contribution essentielle au développement de la vie depuis la création de la terre, à travers l’évolution de tous les êtres vivants et dans notre société d’aujourd’hui. Il influence toute la dynamique de la terre. Le soleil fournit non seulement de la lumière à toutes les créatures vivantes, mais sert également de source d’énergie fondamentale qui rend la vie et la croissance possibles.

 

Fig.1: Evolution de la lumière: du soleil et de la lumière artificielle
aux LED, qui reproduisent le spectre de couleurs du soleil.

Avec l’avènement de la lumière artificielle et électrique, l’espace de vie des humains s’est de plus en plus déplacé vers les bâtiments. Selon une étude, un Européen passe en moyenne 90% de la journée à l’intérieur. Depuis l’utilisation de l’éclairage artificiel, cependant, les gens sont confrontés à une lumière qui ne correspond plus aux conditions d’éclairage naturel. La lampe à incandescence a été la première source de lumière industrielle à grande échelle à être introduite

Aujourd’hui, nous utilisons des sources lumineuses telles que des tubes fluorescents, des lampes à économie d’énergie et de plus en plus de lampes LED. Cela a rendu la lumière artificielle aussi économe en énergie et durable que possible. Cependant, l’effet sur l’homme n’a pas été pris en compte. Après tout, les gens sont habitués au rythme du jour et de la nuit. Par exemple, une quantité anormalement élevée de lumière artificielle à tout moment du jour ou de la nuit peut provoquer des troubles du sommeil, car elle a des propriétés qui diffèrent considérablement de celles de la lumière solaire. À long terme, cela peut entraîner des cas de diabète, des problèmes gastro-intestinaux et cardiovasculaires et d’autres problèmes de santé.


Fig.2: Le spectre de couleurs de la lumière du soleil est assez équilibré
sur l’ensemble du spectre.

Les différentes sources de lumière et leurs caractéristiques

La lumière du soleil contient la totalité du spectre des couleurs dans une distribution uniforme et fournit aux gens un rayonnement électromagnétique – des ultraviolets au visible et loin dans le spectre infrarouge – créant ainsi les meilleures conditions possibles pour le bien-être et la santé .

Fig. 3: En comparaison, le spectre d’une lampe à incandescence.

 

 

 

 

 

Le confort visuel et la vision des couleurs restent également inégalés dans la lumière naturelle du soleil, et c’est la source de lumière idéale pour des températures de couleur élevées avec un indice de rendu des couleurs (Ra) maximum de 100. Comme le soleil, la lampe à incandescence est un radiateur de température. La lumière est générée par la chaleur et donc l’ampoule a le spectre de lumière complet. Il se rapproche de la lumière « blanche chaude » du soleil le soir.  Par rapport à la lumière du soleil (Fig.2), le spectre de couleur de la lampe à incandescence (Fig.3) a une composante bleue beaucoup plus faible, et la distribution de la lumière augmente fortement et en continu vers les composantes rouge et infrarouge. Ces propriétés font de la lampe à incandescence la source lumineuse idéale pour les températures de couleur « blanc chaud ».

La lampe à incandescence produit trop de rayonnement thermique

Le problème avec les lampes à incandescence, cependant, est qu’elles émettent plus de 90% de l’énergie qu’elles absorbent sous forme de rayonnement thermique dans l’infrarouge invisible et ont donc une efficacité lumineuse de seulement  9 à 15 lm/W. C’est la raison pour laquelle de nombreuses versions de la lampe à incandescence ne peuvent plus être vendues dans l’UE et dans d’autres pays. Les effets positifs du rayonnement infrarouge sur le corps humain sont ignorés.

Fig.4: Le spectre typique d’une lampe fluorescente à trois
bandes distinctes.

 

Cependant, d’autres sources de lumière actuellement disponibles basées sur le principe de la génération de lumière par décharge de gaz et d’électroluminescence émettent un spectre de lumière qui diffère considérablement du spectre de lumière idéal, c’est-à-dire à des températures de couleur élevées de celle du soleil et à des températures de couleur basses de celle de l’ampoule. Les tubes fluorescents et les lampes à économie d’énergie largement utilisés présentent de grandes lacunes dans le spectre de couleurs par rapport au spectre solaire idéal, car ils n’émettent de la lumière que dans les longueurs d’onde du gaz excité, comme on peut le voir clairement dans la comparaison des spectres.

 

La figure 4 montre un spectre lumineux typique d’une lampe fluorescente, qui montre principalement trois bandes distinctes dans le spectre bleu (à 440 nm), vert (à 545 nm) et rouge (à 610 nm). Ces lampes à décharge ont également le problème du scintillement. Même si le scintillement n’est généralement pas détectable visuellement, ces impulsions lumineuses peuvent être détectées dans le cerveau et peuvent inconsciemment déclencher un stress chez l’homme.


La LED blanche a un spectre de couleurs déséquilibré

Aujourd’hui, les LED sont installées dans presque toutes les sources lumineuses. En raison de leur petite taille, elles offrent l’avantage de pouvoir être utilisées presque sans restriction en termes de conception de luminaires par rapport aux lampes à incandescence et fluorescentes conventionnelles. De plus, les LED permettent de générer beaucoup plus de flux lumineux sur une très petite surface et d’atteindre une efficacité lumineuse supérieure à 200 lm/W.
 

 

Fig.5: Avec une LED conventionnelle, le pic dans le bleu
le spectre à environ 450 nm est clairement visible.

 

Mais les LED blanches conventionnelles diffèrent également du spectre naturel et uniforme du soleil. La lumière blanche est produite par conversion d’une LED bleue à phosphore jaune, qui produit un spectre de couleurs déséquilibré avec une forte composante bleue à environ 450 nm (Fig. 5). La zone cyan, qui assure principalement une vision de contraste optimale, et la zone rouge, qui est responsable de l’approvisionnement énergétique et de la régénération des cellules de la peau, sont à peine présentes ici.

Bien que l’éclairage artificiel actuellement utilisé avec des lampes à décharge et des lumières LED conventionnelles semble répondre aux besoins visuels des humains, cet éclairage conventionnel a un manque important de parties du spectre par rapport à la lumière naturelle. En conséquence, cette lumière artificielle déséquilibrée cause progressivement des problèmes de santé, qui peuvent aller des problèmes du sommeil à la myopie et aux maladies graves. Dans ces conditions, il est difficile de prendre en compte à la fois les besoins physiologiques et psychologiques des personnes.

Mélange spécial de phosphore

Les produits LED d’euroLighting sont basés sur un concept d’éclairage physique qui répond à la fois aux besoins visuels – tels que la vision des couleurs naturelles et la discrimination facile des contrastes – et aux besoins physiologiques – tels que la promotion du bien-être et de la santé, sous le nom de Human Sun Lighting.

 

Fig.6: Le spectre de la LED lumière du jour distribuée par
euroLighting a un spectre solaire presque idéal à
températures de couleur supérieures à 5000 K.

 

En utilisant des puces bleues et violettes et un mélange de phosphore spécialement développé au lieu du phosphore jaune, il est possible de produire un spectre lumineux qui se rapproche du spectre solaire uniforme – sans le pic bleu prononcé. Les LED telles que la série Daylight de Smart Eco Lighting offrent un spectre de lumière solaire presque idéal à une température de couleur de plus de 5000 K (Fig.5) et également à des températures de couleur plus basses. Ceci est réalisé par un spectre très similaire à celui de la source de lumière thermique idéale sur toute la plage du visible.

 

Fig.7: Le spectre de couleurs de la LED solaire à large bande
s’étend dans l’infrarouge.

 

Il contient tous les composants importants de la lumière fournis par la lumière du soleil. Cela signifie que les LED peuvent être utilisées dans les bureaux, les écoles et les lieux de travail. Ils créent les conditions pour répondre aux besoins naturels de l’homme, mais aussi à ceux des plantes et des animaux. Les nouveaux développements dans le monde incluent des LED à spectre solaire à large bande qui reproduisent l’intégralité du spectre de lumière visible du soleil et émettent en outre de la lumière jusqu’à l’infrarouge de 1000 nm (Fig. 7).

Cela implique que les longueurs d’onde de guérison et de régénération déjà utilisées en photothérapie médicale pour guérir les plaies et favoriser la circulation sanguine peuvent être intégrées dans l’éclairage – à l’instar de la lumière du soleil.

À l’avenir, non seulement les composants visibles de la lumière pour la promotion de la santé physique et mentale, mais aussi les longueurs d’onde infrarouges, si importantes pour l’équilibre énergétique, pourront être utilisées directement dans l’éclairage quotidien. Le spécialiste LED euroLighting propose une gamme complète de produits et services pour l’éclairage, des LED en tant que petits composants et modules LED avec et sans technologie de pilote directement intégrée aux systèmes d’éclairage LED finis tels que les luminaires spécifiques au client ou la mise en œuvre de projets d’éclairage pour l’industrie, les bureaux , établissements de soins ou d’enseignement.

A propos de l’auteur:

Simone Hettinger est chef de produit pour les LED chez euroLighting GmbH – www.eurolighting.de

 

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